基于1D-CNN的无砟轨道CA砂浆脱空识别

为解决水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)脱空位置识别的难题,提出考虑CA砂浆脱空的无砟轨道模型建模与计算方案。首先,基于CRTS I型板式无砟轨道“梁-板-板”建模理论,使用非线性弹簧模拟CA砂浆脱空病害,输入扣件支点反力作为模型的激励,得到监测点位的垂向加速度数据集。其次,通过对数据集缩放、添加噪声的方式进行数据增强,增强数据集的差异,以增强识别模型的泛化性,获得更加准确的识别结果。最后,建立脱空病害的识别方法,搭建一维卷积神经网络(1D-CNN)进行CA砂浆的脱空位置识别,构建准确率、查准率和查全率等评价指标评估识别结果,使用t-SNE降维算法对结果进行可视化。对比其他3种神经网络的表现,探讨1D-CNN应用于CA砂浆脱空位置识别的优势。研究结果表明:“梁-板-板”模型反映了无砟轨道的力学本征,用于CA砂浆脱空问题的仿真模拟是可行的;通过对数据集信号缩放、添加噪声的方式进行数据增强可提高深度学习模型的性能;从深度学习的角度来看,CA砂浆脱空发生在板中造成的危害较小,应重点关注板端CA砂浆脱空的养护与维修问题;1D-CNN相比其他3种模型运算时间短,在CA砂浆脱空位置识别数据集上优势更大,识别准确率可达95%以上。研究结果为进一步提高无砟轨道结构监测的自动化和智能化水平提供参考。

基于探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别

脱空病害在水泥路面中不可避免,危害路面结构安全性,迫切需要建立脱空病害区域的准确定位方法。采用探地雷达(GPR)为无损检测工具,通过GPR信号时频特征的提取和正反演实验构建了脱空病害的特征数据集,将特征集进行PCA降维,以PCA主元为输入、正常和脱空为输出分别建立SVM和ANN脱空识别模型;在获得脱空的GPR信号上提出窗口能量法判断脱空区域的深度,在实际路面上对脱空识别进行验证。结果表明:时频特征可表征脱空病害,包含病害的部分数据集更适合用于建模识别;ANN的识别准确度优于SVM,窗口能量法可有效定位脱空区域的深度,并对噪声具有一定的鲁棒性,在室内模型中定位精度平均误差1.51%。研究结果可为路面精准养护提供科学依据。

基于振动传递率函数的水泥混凝土铺面脱空识别方法

为提高水泥混凝土铺面脱空识别的准确性和便捷性,提出一种基于振动传递率函数的板底脱空识别方法。首先,建立了九块板全尺寸铺面结构三维有限元模型,获取冲击荷载作用下铺面板的多点加速度响应;其次,在2个振动传递方向上,分别计算相邻2个测点间的振动传递率函数,分析特定频段内传递率函数的差异,并提出传递率损伤指标(transmissibility-damage indicator,TDI)及其矩阵表达式;最后,计算分析11种不同脱空形式、程度下TDI矩阵的差异,并分析测点布设方式、信号噪声水平对TDI矩阵的影响。结果表明:该脱空判定指标能较好识别定位板角和板边局部脱空。所得TDI矩阵在板角脱空的2个传递方向均十分显著,在板边脱空的垂直脱空边方向较为显著;对于板中脱空,2个传递方向上的TDI矩阵均无法有效识别。板中脱空的分布与TDI矩阵的分布一致性较差;对于多区域脱空,其计算得到的TDI矩阵与单区域脱空类似,对于板角和板边局部脱空均能有效识别;测点布设越密,TDI矩阵的分布与脱空分布的一致性越高。然而,该识别方法对噪声水平较为敏感,噪声水平越高,识别精度越低,需要较高精度的传感器或设备予以支撑。

基于空耦冲击回波法的饰面瓷砖层间脱空识别研究

针对饰面瓷砖脱空掉落的现象,建立了空气-饰面瓷砖层间脱空有限元模型,分析了钢球半径、激励速度以及信号采集位置等因素对饰面瓷砖层间脱空检测效果的影响,确定了最优值,然后利用特征识别参数对饰面瓷砖粘结层的脱空程度进行评估,并开展足尺试验对有限元模型的有效性进行验证。结果表明:钢球半径建议取9 mm,激励速度建议取1 m·s^(-1),信号采集点与激励点的横向距离不宜小于60 mm,垂向距离取5 mm;黏结层脱空会使冲击回波信号加强。因此,时域图中的信号波动性增强、衰减速度减缓,频域图中的声压级增大,主频段前移并分化为代表结构整体振动和局部振动的两个频段;并且随着脱空程度的增加,频域面积增大,通过计算频域面积可有效评估饰面瓷砖黏结层的脱空状况。研究结果为饰面瓷砖的无损检测提供了参考。

基于希尔伯特-黄变换的地铁整体道床局部脱空识别

为探讨一种基于车轨实时振动的地铁整体道床局部脱空的快速检测方法,通过对脱空发生前后的车轨敏感振动信号进行希尔伯特-黄变换(HHT),从变换谱中提取信息帮助识别整体道床局部脱空长度及起点位置。研究结果表明:1)车体、转向架和道床的竖向加速度对地铁整体道床局部脱空最为敏感;2)对这3种竖向加速度进行HHT变换后发现,道床竖向加速度的HHT变换谱难以直接判断整体道床局部脱空,而车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT变换谱在局部脱空区域具有显著变化,可根据HHT变换谱的能量值变化幅度定性判断整体道床的局部脱空长度;3)当列车行驶到脱空区域,车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT频率谱线将出现显著波动,结合列车速度以及脱空情况下HHT变换谱频率曲线极小值所对应的时刻,可判断出整体道床局部脱空的起点位置。

基于瞬态冲击响应的混凝土路面板脱空识别

为开发混凝土路面板脱空检测专用仪器,降低检测费用和简化检测方法,在现有脱空检测方法的基础上,根据脱空板振动频率及在定量冲击激励下振幅的变化规律,提出了混凝土路面板脱空识别的瞬态冲击响应法.该方法可以根据板上测点功率谱图中共振峰的数量和基频大小（分析频带0-1 000 Hz）,对脱空状态进行初步定量判别;结合定量激励下测点振幅拟合曲线斜率的变化,实现脱空区边界的识别.通过若干不同脱空状态路面板的模型试验和对实际混凝土路面的检测,阐述了它的检测原理和操作流程,并验证了其可行性和有效性.

路面雷达在刚性路面脱空识别中的应用综述

论述了混凝土路面板板下脱空形成的机理和危害,介绍了目前广泛使用的脱空检测方法。重点论述了路面雷达在脱空识别中的应用现状和存在问题,最后对现存问题进行了总结,提出了以后需要开展的工作。

神经网络及声谱分析技术在刚性路面脱空识别中的应用

通过简单的敲击法获取刚性路面声频信号,利用MATLA B软件中的信号分析与处理工具箱进行音频信号的声谱分析并定义音频变量和音频峰值等状态参数,应用多层前馈神经网络系统和Dempster-shaft理论,实现刚性路面脱空的判定。

基于PZT波传播法的钢-UHPC桥面板脱空识别研究

为了测试PZT波传播法对钢-UHPC轻型组合桥面板界面脱空识别的有效性,分别进行了数值分析和试验进行脱空识别。利用ANSYS对钢-UHPC薄板不同厚度脱空进行了数值模拟,分析了不同激励电压幅值和频率下信号波幅值衰减程度,结果表明激励电压与波传播幅值呈线性关系,激励频率对波的能量损耗有较大关系,得到试验测试敏感频段范围;浇筑了具有不同厚度脱空的钢-UHPC薄板,并在试件脱空处两侧对称粘贴PZT,使用信号发生器产生激励信号,由接收仪器测量压电信号,通过分析信号能量、幅值并引入损伤指数。分析表明损伤指数随着脱空厚度增大而增大,且可初步确定损伤大小。PZT波传播法为今后测试钢-UHPC界面粘结状况提供了有效方法。

基于CNN的CA砂浆层脱空识别方法研究

CA砂浆层脱空缺陷是无砟轨道隐蔽性病害的重要形式,脱空缺陷的检测识别对于保持无砟轨道状态至关重要。采用扫描式冲击回波测试系统(IES)对高铁实体模型中预设了砂浆病害的CRTSⅡ型板式无砟轨道进行检测。基于Hilbert-Huang变换和卷积神经网络(CNN),提出一种CA砂浆层脱空识别方法。首先,分析回波信号的Hilbert谱图,研究信号多频带特征表达方式;然后,以实体模型回波测试信号为基础,建立训练和测试数据集;最后,构建CNN网络,对CA砂浆层有无脱空缺陷、缺陷尺寸进行分类识别。研究结果表明:该方法对于CA砂浆层脱空缺陷识别率达到98.75%,预设脱空大小识别率达到98.3%。

基于探地雷达的砼道面脱空识别研究

通过分析脱空产生的机理以及探地雷达(GPR)的工作原理,确定砼道面脱空识别的方法。基于不同脱空情况下的脱空识别试验模型,分析其探地雷达GPR图谱,得到不同脱空类型对应图谱,进而对砼道面脱空进行识别。

双块式无砟轨道轨枕与道床板界面脱空损伤识别

为准确识别双块式无砟轨道轨枕与道床板连接面脱空损伤,建立了双块式无砟轨道冲击回波有限元模型,分析界面损伤对弹性波传播规律的影响。在室内浇筑含有不同损伤位置和不同损伤程度的混凝土复合试件,采用冲击回波法进行损伤识别。研究结果表明:脱空损伤会显著影响弹性波在界面处的传播,基于回波信号分析可识别损伤;弹性波频率主要受激振锤大小的影响,应结合结构易损位置和理论计算选取合适的激振锤;混凝土复合试件的试验厚度值与理论厚度值相差仅为1 cm,测试结果合理,可用于判断脱空损伤程度,但不能确定损伤区域;利用平面成像技术可准确识别轨枕与道床板界面脱空范围,为双块式无砟轨道结构养护维修提供一定参考,试验结果验证了冲击回波法用于双块式轨道层间脱空识别的可行性和合理性。

漏表面波IMF_(1)能量识别无砟轨道脱空适用性研究

为了研究漏表面波法对高铁无砟轨道层间脱空检测的适用性,建立脱空特征指标,通过含层间脱空的板式无砟轨道实尺模型进行试验,建立空气‑无砟轨道耦合有限元模型,分析不同工况下的冲击响应声场分布特征;进一步对漏表面波信号进行希尔伯特‑黄变换,保留高频特征信号至第1阶本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF_(1)),分解低频干扰信号至高阶本征模函数,提出以IMF_(1)能量为特征指标的层间脱空判识方法。研究结果表明:随着脱空长度和脱空至荷载冲击点距离的增大,漏表面波IMF_(1)能量分布呈现正相关变化趋势;IMF_(1)能量对CRTSII型板式无砟轨道板中CA砂浆层脱空0.2~0.5 m较为敏感,基于漏表面波的CA砂浆层脱空检测具备一定理论可行性。

基于PSO-SVM的板式无砟轨道CA砂浆脱空损伤识别

为准确识别板式无砟轨道层间脱空损伤,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立含砂浆损伤的车辆-板式无砟轨道耦合动力学模型,提取基于振动响应的损伤特征指标,并利用主成分分析法对其进行降维处理,将获得的脱空样本输入基于粒子群优化算法-支持向量机(PSO-SVM)搭建的脱空识别模型进行损伤识别。研究结果表明:从时域、频域及时-频域角度对振动信号提取的26个特征指标,可较全面地反映振动信号中隐含的损伤信息;利用主成分分析法可在尽可能保留原始损伤信息的基础上,有效降低损伤特征指标的维度,提高损伤识别效率;采用本文提出的PSO-SVM识别算法对砂浆脱空识别是可靠、有效的,识别准确率达到90%。

刚性路面脱空的集成神经网络识别研究

通过有限元法建立了刚性路面脱空的计算模型,提出采用基于集成神经网络技术对刚性路面脱空状况进行识别,通过刚性路面脱空输入特征向量的组合,用各子神经网络对刚性路面脱空进行初步缺陷识别,然后对识别结果进行决策融合,给出了系统的实现策略和子网络的组建原则。数值模拟结果表明,采用本识别方法合理地选取了各种输入特征向量,具有更好的识别效果．

基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法

水泥混凝土铺面在使用过程中常由于冲刷和沉降产生脱空,进而诱发断板、错台等病害,严重影响铺面使用性能。为此,提出一种基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法,以有效控制混凝土铺面的结构性损坏。通过有限元数值模拟与室内试验,发现板底脱空会影响铺面板局部振动的频谱分布,且影响程度与脱空面积、位置等因素相关。在此基础上,采用分布式光纤传感技术搭建铺面板振动感知系统,分布式地采集铺面板振动特性;利用时频分析技术解析铺面板振动特性,捕获振动频谱特征;研究不同脱空状况下铺面板局部的振动频谱特征。分析结果表明:脱空状况对20~150Hz频段上频谱特征的影响显著;以该频段为敏感频段,计算加权频率的变化量,并以此为脱空监测指标,提出基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法。于上海龙华机场开展现场试验,在3块铺面板内搭建了分布式振动感知系统;采集了12个测点不同日期的动态弯沉与振动特性数据,比较了振动感知法和传统弯沉法的脱空识别结果。试验结果表明:2种方法的识别结果趋于一致且具有较好的相关性,验证了振动感知法用于脱空识别的可行性。

声振法水泥混凝土路面地基脱空判定

通过声振法采集水泥混凝土路面声频信号,利用MATLAB软件的数据分析和处理功能进行音频信号的频谱及声谱分析,定义频率变量和频率峰态值等状态参数,应用多值神经网络和Dempster-Shafer理论建立了一套噪声环境下的自动识别系统,实现水泥混凝土路面地基脱空的判定。

地质雷达在混凝土路面板脱空检测中的应用探讨

简述了脱空识别的方法,提出地质雷达应用到混凝土路面板下脱空的检测,克服了常规检测方法的局限性,为混凝土路面的预防性养护及维修提供了一种新的快速科学的检测方法。

基于频率下降率的刚性路面脱空自适应神经网络识别研究

为快速而又有效地进行无损检测 (NDT) ,探讨了动量系数和学习率自适应调整的神经网络算法 ,及刚性路面脱空识别特征参数的选取 ,提出以反映结构损伤位置和程度的频率下降率作为结构脱空识别的特征参数。利用有限元方法对刚性路面脱空进行数值模拟 ,同时采用声振法研究了刚性路面板声学特征变化的关系 ,分别获取训练样本数据 ,通过自适应神经网络对刚性路面脱空进行了识别研究。从中可以看出 ,采用频率下降率和自适应神经网络技术对刚性路面脱空进行缺陷识别分析具有较高的精度和可靠性。

水泥混凝土路面不同脱空检测方法识别率的对比验证

通过水泥板每孔灌浆量以及与其他孔连通情况,对几种脱空检测方法进行了验证。在500 m长的试验路中分别使用了FW D、声振法等设备进行了脱空检测,通过比较每孔灌浆量的方法对几种检测方法进行了验证,得到了不同检测方法的识别率,为施工单位选择适当的检测方法提供了依据。